Publications 2002 - abstracts

Integrierte Gestalt- und Topologieoptimierung im Konstruktionsprozess (pdf-Datei, 1,2 MB)

Sauter, J. (FE-DESIGN)
Lauber, B. (FE-DESIGN)
veröffentlicht in simulation - Das Fachmagazin für FEM, CFD und MKS, Ausgabe 1/2002

Bei der Entwicklung neuer Produkte müssen alle Potentiale zur Kostenreduktion und Verkürzung der Entwicklungszeiten ausgeschöpft werden. Dies erfordert auch den Einsatz effizienter Optimierungsverfahren. Neben der Weiterentwicklung der Optimierungsmethoden ist die Integration der Verfahren in die Konstruktionsumgebung ein wichtiger Aspekt. Der Einsatz von Methoden zur Strukturoptimierung verändert den herkömmlichen Entwicklungsprozess, und der Austausch zwischen Berechnung und Konstruktion ist von zentraler Bedeutung. Durch die Entwicklung diverser Schnittstellen und Anwendungen, die den Datenaustausch zwischen der Berechnungs- und Konstruktionswelt vereinfachen, wird diese Integration von Softwareseite vorgenommen. Gleichzeitig muss eine enge Kommunikation zwischen den Mitarbeitern in den unterschiedlichen Abteilungen stattfinden, um Strukturoptimierung gewinnbringend einzusetzen.

Keywords

Topologieoptimierung, Gestaltoptimierung, Strukturoptimierung, FE-Analysen, Integrierte Virtuelle Produktentwicklung, Leichtbau, Fertigungsrestriktionen

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ELANO - Strukturoptimierung auf Spannungs- und Lebensdauergrößen mit ANSYS (pdf-Datei, 4,3 MB)

Noack, J. (TRW)
Bock, H.-C. (TRW)
Lauber, B. (FE-DESIGN)
CADFEM Anwenderkonferenz/9.-11. Oktober 2002, Friedrichshafen

Target of ELAnO is the development and design of different lightweight products using new methods and new tools. Inside this project TRW tries, as a product supplier, to optimize brake parts and parts off steering and suspension systems. Based on these issues the optimization package TOSCA was coupled to ANSYS and LMS Falancs. TRW optimized in a first step standard parts with ANSYS and TOSCA. The brake carrier of a rear axle disc brake (sliding disc brake type "COLETTE") was analyzed with finite elements and the components S-N curve was carried out. In addition shape optimizations were done to optimize the load situation of the part. Afterwards an optimization including fatigue life parameters with LMS Falancs was done.

During this lecture the first practical results of the shape optimization will be presented. Some critical issues will be shown and the pro and cons for automatically shape optimizations will be discussed. A comparison between CAO and TOSCA was done. First results of a shape optimization regarding fatigue parameters will be presented as well as accompanying fatigue life test results to verify the FE analyze. The way back from a finite element model to a CAD system (in this case CATIA V4) will also content of this lecture.

Keywords

Topologieoptimierung, Gestaltoptimierung, TOSCA, ANSYS, FALANCS, Lebensdauervorhersage, Fatigue, Nennspannungskonzept, örtliches Konzept

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Nichtlineare Strukturoptimierung mit ABAQUS und TOSCA - SHAPE (pdf-Datei, 1,4 MB)

Haffner, P. (AUDI AG)
ABAQUS Anwenderkonferenz/23.-24. September 2002, Wiesbaden

Am Fallbeispiel der Abschleppbeanspruchung im Audi D3 wird die Gestaltoptimierung der Abschleppöse mit TOSCA unter Verwendung einer nichtlinearen Analyse mit ABAQUS gezeigt. Die Anbindung der Abschleppöse an das Fahrzeug erfolgt realitätsnah über eine Kontaktanalyse. Die Optimierung im Halsbereich der Öse wird über besondere Randbedingungen eingeschränkt, um eine Rotationssymmetrie des Halses bei nicht symmetrischer Belastung zu erhalten.
Durch die Optimierung konnte im kritischen Bereich eine Spannungsreduzierung von 50% bei einer Gewichtszunahme von lediglich ca. 7% (50g) erreicht werden.
Die Funktion der Abschleppöse ist nach der Optimierung mit TOSCA erfüllt und als Serienlösung im Audi D3 umgesetzt.

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Auslegung eines Nockenwellentilgers mit ABAQUS und TOSCA (pdf-Datei, 1,4 MB)

Friedrich, M. (FE-DESIGN)
Boggasch, M. (Freudenberg Forschungsdienste KG)
ABAQUS Anwenderkonferenz/23.-24. September 2002, Wiesbaden

Um bei der Entwicklung von Gummi-Metall-Bauteilen alle Potentiale zur Kostenreduktion und Verkürzung der Entwicklungszeiten auszuschöpfen und gleichzeitig eine hohe Produktqualität zu gewährleisten, ist es sinnvoll, neben den bereits als Standard geltenden nichtlinearen FEM-Berechnungsmethoden Optimierungsverfahren zu benutzen. Für die im Entwicklungsprozess gängigen Methoden der Topologie- und Shapeoptimierung, die für lineare Problemstellungen bereits erfolgreich eingesetzt werden, stellte bisher das Einbeziehen der Nichtlinearitäten in die Optimierung eine sehr große, wenn nicht unüberwindliche Hürde dar.

Diese Problematik wird unter anderem im Rahmen des BMBF-Projektes ELAnO [1] behandelt, dem auch das vorgestellte Beispiel des Nockenwellentilgers entstammt. Die Kopplung des Optimierungsprogrammes TOSCA mit ABAQUS eröffnet die Möglichkeit, Nichtlinearitäten in der Topologie- und parameterfreien Formoptimierung zu berücksichtigen. Bei dem Anwendungsbeispiel war das Entwicklungsziel, auf Wunsch des Kunden in die Elastomerspur eines auf Torsion belasteten Nockenwellentilgers Montageöffnungen einzubringen. Ausgangspunkt war ein Nockenwellentilger ohne Montageöffnungen, der die Steifigkeits- und Lebensdaueranforderungen erfüllte und somit als Referenz diente.Bei dem neuen Bauteil sollte sowohl die Steifigkeit als auch die Lebensdauer dem Referenzbauteil entsprechen.

In einem sehr kurzen Produktentwicklungsprozess konnte aus dem vorgegebenen Bauraum heraus unter Benutzung von Topologie- und Shapeoptimierung ein Design gefunden werden, das die gleiche Steifigkeit und eine verbesserte Lebensdauer gegenüber dem Referenzbauteil aufweist. Dazu wurde eine Form entwickelt, das die im Referenzbauteil auftretenden Spannungen und Dehnungen nicht überschreitet. Sowohl bei der Topologie- als auch bei der Shapeoptimierung konnten die auftretenden Nichtlinearitäten (Material- und geometrische Nichtlinearitäten) berücksichtigt werden. Das neue Bauteil mit Montageöffnungen wurde mittlerweile gefertigt und hat den Lebensdauertest bestanden.

Nach der erfolgreichen Pilotanwendung bei der Nockenwellentilgerauslegung soll die Methode zukünftig häufiger, möglichst als Standard-Werkzeug, im Entwicklungsprozess benutzt werden.

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Topologie- und Gestaltoptimierung im virtuellen Produktentwicklungsprozess am Beispiel von Strukturbauteilen aus der Automobil- und der Zulieferindustrie

(zip/pdf-Datei, 1,2 MB)
Sauter, J. (FE-DESIGN)
Lauber, B. (FE-DESIGN)
Internationaler Kongress Virtual Product Creation 2002/3. - 4. Juli 2002, Berlin

"Integrierte Topologie- und Gestaltoptimierung im Konstruktionsprozess" war ein Teilprojekt im Rahmen des BMBF Leitprojektes "Integrierte Virtuelle Produktentwicklung" (IVIP). Mit den im Projekt entwickelten innovativen Methoden und Technologien zur Strukturoptimierung und der Integration in die TOSCA Produktfamilie von FE-DESIGN, ist es möglich, in der frühen Phase des Produktentwicklungsprozesses eine effiziente Verkürzung von Entwicklungszeiten bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktqualität zu erreichen. Durch die Entwicklung von leichten, steifen und langlebigen Strukturen sind entscheidende Wettbewerbsvorteile für den Automobilbau, die Luft- und Raumfahrt, die Zulieferindustrie, den Maschinenbau sowie dem Engineering Service zu erzielen. Neben der Vorstellung der methodischen und softwaretechnischen Weiterentwicklungen werden praktische Beispiele der IVIP-Partner und dem Dienstleistungsbereich von FE-DESIGN aus dem Bereich des Automobilbaues gezeigt.

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Leichtbau - schnell und einfach
Softwarelösungen für Strukturen von tragenden Teilen (jpg, 700KB)
Burblies, A. (IFAM)
Veröffentlichung in VDI Konstruktion 5 (2002)/Springer VDI Verlag/Fachteil Ingenieur-Werkstoffe, S.3

Bauteile in Fahrzeugen sollen immer leichter werden, dabei aber größten Kräften standhalten. Das Fraunhofer-Institut Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen, bietet dazu neue Lösungen, die heute in die Optimierungssoftware TOSCA der Firma FE-DESIGN integriert sind.

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Topology and Shape Optimization of Components and Systems with Contact Boundary Conditions (pdf-Datei 420KB)
Meske, R. (FE-DESIGN)
Mulfinger, F. (FE-DESIGN)
Warmuth, O. (Ford-Werke)
NAFEMS Seminar "Modellieren von Baugruppen und Verbindungen für FE-Berechnungen"/24.-25. April 2002, Wiesbaden

The consideration of contact boundary conditions in the finite element simulation of interacting components is nowadays established as state of the art. The necessity to take contact conditions into account for the optimization of topology and shape of components of a system is even stronger, because the transmission of forces and therefore the boundary conditions may change due to the iterative modification of the geometry of the component. A substitution of the contact conditions by equivalent nodal forces is a simplification, which may result in less optimal results. Moreover, this substitution is a time-consuming manual process, which should be avoided to guarantee a fast and reliable development process. The optimization system TOSCA offers the capability to use a non-linear analysis with ABAQUS in topology and shape optimization. This combination is especially well suited to investigate contact problems, which is shown as real-world example for both topology and shape optimization by means of a connection rod.

Keywords: Structural optimization, topology optimization, non-parametric shape optimization, contact, non-linear analysis, virtual product development, TOSCA, ABAQUS.

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Virtual Vehicle Development in the Concept Stage - Current Status of CAE and Outlook on the Future (pdf-Datei 485KB)
Schelkle, E. (Porsche AG)
Elsenhans, H. (Porsche AG)
Worldwide Aerospace Conference & Technology Showcase/April 8 - 10, 2002, Toulouse

Currently, CAE application is part of the traditional development process, i.e. drafts are designed via CAD and assessed for their structural performance by means of CAE. Since the CAE results can be made available a relatively long time after the actual draft is finished, certain important decisions which have to be made in the concept phase must often be taken without previous assessment through CAE. To ensure efficient CAE support also in the early phases of vehicle development, tools and methods particularly designed to be used in the concept phase must be provided. To begin with, a load-path analysis is performed on the basis of the available packaging space in order to define the structural members for the Body in White (BiW). The results is a topology model which is the base to develop a parametric-geometrical-model for the vehicle concept. The geometric design variables of the concept model are varied by means of stochastic optimization with the aim of determining the relevant design parameters and to obtain an early assessment of the structural performance of the concept. The optimized concept geometry is then imported into the conventional CAD systems in order to begin the series development of the BiW.

Keywords: Virtual vehicle development, passenger-car concept development, knowledge-based virtual concept design, Computer-Algebra Simulation (CALS), load-path analysis, parametric concept design, stochastic concept assessment, topology optimization, shape optimization, sizing optimization, digital mockup

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Last update: 2006-09-11